現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的功耗正在飛漲，這是由于數(shù)字 ASIC 的使用增加，其持續(xù)功率要求可以達到數(shù)百瓦。在最近的 ST 開發(fā)者大會上，ST 的 Paolo Sandri 討論了當今數(shù)據(jù)中心管理員所面臨的挑戰(zhàn)以及ST 為滿足低電壓、大電流應用需求而提供的配電架構選項。

數(shù)據(jù)中心正在發(fā)展。不再需要它們來有效地為以 100 瓦運行的基本 CPU 供電。相反，它們必須為越來越多需要更高電流水平才能有效運行的處理器提供高功率密度。其中包括圖形處理單元 （GPU）、張量處理單元 （TPU） 和網(wǎng)絡 ASIC。使用傳統(tǒng)的 12V 配電總線來滿足這些不斷增長的電源要求已不再有效，并且可以使用新的配電架構來滿足這些需求。

改善電力輸送的一種有效方法是從傳統(tǒng)的 12V 配電母線轉(zhuǎn)向 48V 直流母線。然而，48V DC 總線配電在轉(zhuǎn)換效率、功率密度和總 BOM 優(yōu)化方面提出了一些挑戰(zhàn)。當從 48V 轉(zhuǎn)換為中間總線或直接轉(zhuǎn)換為負載供電 （POL） 到需要高功率密度的應用時，ST 提供了廣泛的架構來滿足各種需求。

ST 通過 48V 直流輸入提供多種供電架構

兩步電源轉(zhuǎn)換架構

為中間總線轉(zhuǎn)換提出的架構可以提供兩步穩(wěn)壓輸出（例如 12V）或通過定義的轉(zhuǎn)換比（例如，如果轉(zhuǎn)換比為 4:1）鏈接到輸入電壓的兩步非穩(wěn)壓總線V out將是 V in /4）。對于這兩種架構，ST 解決方案解決了效率和功率密度方面的挑戰(zhàn)，該解決方案可以提供從幾百瓦到幾千瓦的功率。

對于非穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換，ST 提出了一種開關槽轉(zhuǎn)換器 （STC） 中間總線架構。這是一種相對簡單的架構，旨在從 40V 至 60V 的輸入電壓（傳統(tǒng)的 4 比 1 轉(zhuǎn)換比）提供 12V 輸出。這種架構的優(yōu)勢之一是其高功率密度和 360W 時 98% 的峰值效率。它還使用現(xiàn)成的組件構建，因此 BOM 成本低。對于簡單的數(shù)據(jù)中心應用（例如運行 CPU 和 DDR）來說，不受監(jiān)管的架構就足夠了，但如果您的平臺包含某些敏感應用程序、PCI Express 連接器或硬盤驅(qū)動器，則您將需要受監(jiān)管的轉(zhuǎn)換。

對于穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換，ST 建議采用堆疊降壓 （STB） 中間總線架構。這種架構的最佳點是輸入電壓范圍為 36 至 60 伏，輸出為 12 伏，熱設計功率為 800 瓦。如上所述，這種架構的主要好處是它的高效率（在 54 伏電壓下，它實現(xiàn)了超過 96% 的效率，功率輸出為 721 瓦）和類似的低現(xiàn)成組件成本。此外，這種堆疊式降壓架構具有可擴展性，可以連接多達 4 個電池以提供 3.2 千瓦的功率。由于它提供穩(wěn)定的電流，因此建議將這種架構用于包括敏感陣列（如張量處理單元或 PCI Express 設備）的數(shù)據(jù)中心環(huán)境。

直接單步轉(zhuǎn)換架構

48V DC 總線的另一個轉(zhuǎn)換選項是直接轉(zhuǎn)換為 POL，該架構旨在直接向核心通常需要數(shù)百瓦的數(shù)字 ASIC 供電。直接轉(zhuǎn)換功率傳輸除了需要高效率和功率密度優(yōu)化外，還需要解決其他一些關鍵挑戰(zhàn)，例如需要吸收電流以符合進氣要求。

從 48V 到 POL 的直接轉(zhuǎn)換是一種有趣的架構，因為它為超高密度模塊的實施者打開了大門。該架構在一次轉(zhuǎn)換中將 40V 至 60V 輸入范圍直接轉(zhuǎn)換為 1.8V GPU 或 TPU 或其他高功率密度應用，實現(xiàn)每平方英寸 100 瓦的功率密度和超過 93% 的峰值和平坦效率。該設計結(jié)合了一個準諧振控制器和一個變壓器，并且在組件采購方面需要一種比上述使用現(xiàn)成組件的兩步轉(zhuǎn)換架構更量身定制的方法。

為了解決設計這些直接轉(zhuǎn)換架構的復雜性，ST 與Power Stamp Alliance的其他電子制造商一起為 48V 直接轉(zhuǎn)換 DC-DC 模塊（又名“power stamps”）定義標準產(chǎn)品尺寸和引腳設計。建立聯(lián)盟并公布足跡為單級電源轉(zhuǎn)換單元創(chuàng)建了一個多供應商生態(tài)系統(tǒng)，適用于 48V到低電壓、高電流應用。

這些架構中的每一個都根據(jù)您的數(shù)據(jù)處理環(huán)境的要求提供不同的好處。ST 期待與您合作，根據(jù)您的特定數(shù)據(jù)中心設計優(yōu)先級提供優(yōu)化的電源架構。

審核編輯：郭婷